深扒 NB-IoT（4）| NB-IoT 協議棧和物理層（二）

上一講給大家介紹了NB-IoT上行物理層，這一講繼續介紹下行物理層。

下行物理信號分為:NRS,NSS,NPRS

下行物理信道分為:NPBCH,NPDSCH,NPDCCH

一、NRS: Narrowband reference signal?窄帶參考信號

為了提高覆蓋，新增NRS，即NB-IoT的CRS包括兩部分：

一部分是原LTE CRS，即下圖的紅色和橙色 圖塊；

另一部分是新增的 NRS，即下圖的紫色和黃色 圖塊；

在普通CP下，NRS的位置：

時域位置：天線口2000和2001的參考信號在每個Slot的第6個和第7個OFDM符號處

頻域位置，單端口每6個子載波插 入一個參考信號。雙端口每三個子載波插 入一個參考信號。

頻域位置除了與天線端口（防止小區內不同天線間干擾）和時域位置有關，還與小區物理ID有關，以使相鄰同頻小區之間參考信號位置錯開，避免干擾。

二、NSS: Narrowband synchronization signal 窄帶同步信號

NPSS/NSSS用于UE和基站間的同步，同步信號包括NPSS（NB主同步信號）和NSSS（NB輔助同步信號）兩種。

NPSS用于小區檢測、子幀和符號級的同步，載波和頻率采樣的頻率同步；

NSSS用于無線幀級別時間同步和物理小區指示。

NPSS發送周期為10ms，固定在每個無線幀的5#子幀發送。

NSSS發送周期為20ms，固定在20ms周期最后無線幀的9#子幀發送。

UE與網絡進行同步，需要解調NPSS和NSSS的信息。

如上圖所示：

? NPSS占用每個無線幀的#5子幀，周期為10ms

? NSSS占用偶數幀的#9子幀，周期為20ms

? 避讓LTE傳統PDCCH 資源

? NPSS/NSSS被LTE-CRS打孔

三、NPBCH:Narrowband Physical Broadcast Channel 窄帶物理廣播信道

NPBCH主要用于廣播MIB消息，周期為640ms，8次重復，固定在每個無線幀的0#發送。

每個80ms周期內，傳輸的數據相同，但是編碼不同。

MIB消息長度不超過34bits，加上CRC校驗16bits，實際傳輸數據不超過50bits，信道編碼和速率匹配之后輸出1600bits。

從圖中可以看出NPBCH在1個PRB內占用100 個RE，由于QPSK 調制方式，每個RE 存放2Bit信息，就可以放100*2=200Bits，由于640ms內8次傳輸（重復），故640ms內的數據傳輸塊為1600Bit（200*8=1600）

上圖所示：

? NPBCH第一次傳輸在滿足每個無線幀的#0子幀，周期為640ms

? 避讓LTE傳統PDCCH資源

? NPBCH被LTE-CRS和NRS打孔

給一個NPBCH 的64次發送的全景圖：

0號~7號無線幀，為NPBCH 的第一塊，并重復發7次。

8號~15號無線幀，為NPBCH的第二塊，并重復發7次，一次類推。

四、NPDCCH:Narrowband Physical Downlink Control Channel 窄帶物理下行控制信道

1）NPDCCH和NPDSCH是共享資源的，他們的時頻域位置都是在哪里呢？

上圖第三行圖為半個NPBCH 周期，連續的40ms，共計4 個下行無線幀，每個無線幀有10個子幀，一共40個子幀，需要刨去以下子幀：

1） 淡藍色的 NPBCH子幀4個，每個10ms一個；

2） 深藍色的 NPSS子幀4個，每個10ms一個；

3） 橙色的NSS子幀2個，每20ms一個；

4）還有NB SIB1。

刨去上面4個子幀以后，剩下30個子幀，就是上圖圖中白色的子幀，

但是這白色的子幀還需要刨去LTD PDCCH，LTE CRS，NB RS的位置，

最后身下所有的白色部分才是NPDCCH和NPDSCH的部分。

2）補充：NPDSCH的部分有些子幀是承載NB-SIB1消息的

NB-SIB1 資源固定映射在4號子幀，根據周期和重復次數以及PCID確定具體占用的幀號，避讓LTE傳統PDCCH資源。

從上圖看出來Standalone，Guard band和In band的SIB1的部分還是有不同的地方，就是In band需要考慮避讓LTE的PDCCH和CRS。

3）既然NPDCCH和NPDSCH是共用的，那復用方式又是如何的？

NPDCCH和NPDSCH之間，TDM復用；

覆蓋等級1和覆蓋等級2的NPDCCH之間，通過TDM復用；

覆蓋等級0的NPDCCH之間，也可以使用FDM模式；

如下圖：

4）NPDCCH資源映射單位NCCE

一個PRB對內下面6個子載波分配各NCCE0，上面6個子載波分配給NCCE1

NPDCCH format(等效于LTE中聚合等級)

在一個子幀中，NPDCCH占用12個子載波，承載DCI信息的顆粒度不是REG，而是使用CCE。這里的CCE和LTE的定義不同，CCE大小為半個PRB pair，其中頻域（子載波）編號較高的6個子載波作為一個CCE，頻域（子載波）編號較低的6個子載波作為另一個CCE。CCE聚合等級支持兩種，即AL=1CCE和AL=2CCE。其中組成AL=2的兩個CCE位于相同子幀，并且重復傳輸僅支持AL=2。鑒于NB-IoT基本上都利用重復傳輸技術來進行覆蓋增強，所以CCE聚合等級大部分采用AL2。

CSS而言，聚合級別都是2；USS而言，覆蓋等級0的初始聚合級別為AL=1； 覆蓋等級1/2的初始聚合級別為AL=2.

4） NPDCCH 調度

一句話闡明NB-IoT與LTE調度上的不同：NPDSCH 跨子幀調度，請看下圖：

5） NPDCCH CCE搜索空間

NPDCCH和LTE一樣，存在公共搜索空間和UE專用搜索空間。

公共搜索空間的配置信息在SIB2；

專用搜索空間通過RRC信令通知給UE。

三類CCE 搜索空間的作用如下：

UE 專用搜索空間（USS）：用戶上下行數據傳輸調度信息

Type1 公共搜索空間（CSS1）：尋呼調度信息

Type2 公共搜索空間（CSS2）：RAR/Msg3 retransmission/Msg4 調度信息

UE根據NPDCCH的調度信息，確定NPDCCH的資源位置，同時結合可能的candidate set，進行盲檢，得到UE所需要的NPDCCH信息。

UE不同時搜索CSS1 ，CSS2和USS中的任何2個，即UE一次只搜索一個NPDCCH空間，UE側L1根據上層指示的加擾方式，根據對應關系在對應的搜索空間中檢測NPDCCH的 DCI信息。

6） NPDCCH調度周期

NPDCCH 調度周期 NPDCCH Period T=Rmax*G，且2048>T>=4。

周期因子 G ：{1.5,2,4,8,16,32,48,64}；

最大重復次數 Rmax :? (1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512, 1024,2048)

各覆蓋等級 NPDCCH的 Rmax 和 G 單獨配置，得到每個覆蓋等級的周期（Period0， Period01， Period02），用于控制每個覆蓋等級 NPDCCH資源

我看根據圖片看幾個例子：

例 1：覆蓋等級 NPDCCH 周期設置相同：512ms, (NPDCCH0： Rmax=8,G=64，NPDCCH1： Rmax=32, G=16，NPDCCH2： Rmax=128, G=4)

例2：覆蓋等級 NPDCCH周期設置不同：NPDCCH0：128ms(Rmax=8,G=16)，NPDCCH1：256ms(Rmax=32, G=8)，NPDCCH2：512ms(Rmax=128, G=4)

五、NPDSCH:Narrowband Physical Downlink Shared Channel 窄帶物理下行共享信道

下行采用 QPSK調制方式

下行傳輸塊 TB 分配：

頻域 12 子載波（180KHz）

時域 1ms（1 子幀）

下行單次調度最多分配 10個子幀，承載 680bits 數據

NPDSCH 兩種調度模式：

連續模式， UE 接收到 NPDCCH的DCIN1/DCIN2 下行調度在子幀 n 結束，那么 UE 會在至少隔 4個下行子幀開始接收 N(N=Nrep*Nsf) 個連續下行子幀的NPDSCH 數據。

非連續模式

注：如果下行資源被分配給一個增強覆蓋類型終端設備的NDPCCH 和其調度的NPDSCH 連續占用，此時在上述載波上的其他終端設備，尤其是非增強覆蓋類型終端設備的下行業務傳輸會被阻塞，并且其他終端設備的上行授權也會被阻塞，進而導致上行資源的浪費，因此會引入一個 Gap。

至此深扒 NB-IoT 物理層全部講完啦，下一期我們來聊聊NB-IoT 現有的一些特性。

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